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飛行制御モードまたは飛行制御法則は、航空機のパイロットによる操縦桿またはジョイスティックの動きを航空機の操縦面の動きに変換するコンピュータソフトウェアアルゴリズムです。操縦面の動きは、飛行コンピュータがどのモードになっているかによって異なります。飛行制御システムがフライバイワイヤである航空機では、パイロットが飛行を制御するためにコックピットで操縦桿またはジョイスティックに対して行う動きは電子信号に変換され、飛行制御コンピュータに送信され、パイロットが指示した航空機の動きを提供するために各操縦面をどのように動かすかが決定されます。[1] [2] [3] [4]
電子飛行制御の低下は、飛行制御コンピュータなどの計算装置や、航空データ慣性基準装置（ADIRU）などの情報提供装置の故障によって引き起こされる可能性がある。[5]
電子飛行制御システム（EFCS）は、航空機を過度のストレスから保護したり、乱気流を認識して修正し、ヨーダンピングを提供することで乗客にとってより快適な飛行を提供したりなど、通常の飛行における補助機能も提供します。[要出典]
2つの航空機メーカーが、異なる飛行制御モードで動作できるプライマリフライトコンピュータを搭載した商用旅客機を製造しています。最もよく知られているのは、エアバスA320 - A380の通常法、代替法、直接法、機械代替法のシステムです。[3]もう1つは、ボーイング777、ボーイング787ドリームライナー、ボーイング747-8で使用されているボーイングのフライバイワイヤシステムです。[4] [6]
これらの新型航空機は、電子制御システムを使用して、安全性と性能を向上させながら、機体の重量を軽減しています。これらの電子システムは、古い機械システムよりも軽量で、過度のストレス状態から航空機を保護することもできるため、設計者は過剰に設計された部品を減らすことができ、航空機の重量をさらに減らすことができます。[引用が必要]
飛行制御法則（エアバス）
A300 / A310 以降のエアバス機の設計は、フライバイワイヤ装置によってほぼ完全に制御されています。A320 、A330、A340、A350、A380などのこれらの新しい航空機は、エアバスの飛行制御法に基づいて動作します。[7]たとえば、エアバスA330の飛行制御はすべて電子制御で、油圧で作動します。方向舵などの一部の表面は機械的に制御することもできます。通常の飛行では、コンピューターがピッチとロールの過度の力を防ぐように動作します。[7]
航空機は、3 台のプライマリ制御コンピュータ (機長、副操縦士、スタンバイ) と 2 台のセカンダリ制御コンピュータ (機長と副操縦士) によって制御されます。さらに、2 台の飛行制御データ コンピュータ (FCDC) があり、センサーから空気データ (対気速度、高度) などの情報を読み込みます。この情報は、GPS データとともに、空気データ慣性基準ユニット(ADIRU) と呼ばれる 3 つの冗長処理ユニットに送られます。ADIRU は、空気データ基準と慣性基準の両方の役割を果たす空気データ慣性基準システムの一部です。エアバスでは、このシステムは 8 つの空気データ モジュールにリンクされています。3 つはピトー管にリンクされ、5 つは静的ソースにリンクされています。ADIRU からの情報は、複数の飛行制御コンピュータ (プライマリおよびセカンダリ飛行制御) の 1 つに送られます。コンピュータは、航空機の操縦面、パイロットの航空機制御装置、および自動操縦装置からの情報も受信します。これらのコンピュータからの情報は、パイロットのプライマリ飛行ディスプレイと操縦面の両方に送信されます。[引用が必要]
飛行制御法則には4つの名前が付けられていますが、代替法則は代替法則1と代替法則2の2つのモードで構成されています。これらのモードにはそれぞれ、地上モード、飛行モード、フレア、およびバックアップの機械制御という異なるサブモードがあります。[7]
通常の法則
通常の法則は飛行の段階によって異なります。これには以下が含まれます: [要出典]
- ゲートで静止
- ゲートから滑走路へ、または滑走路からゲートへ戻るタキシング
- 離陸滑走開始
- 最初の上昇
- 巡航上昇および高度での巡航飛行
- 最終降下、フレア、着陸。
通常法では、離陸から巡航への移行には5秒、降下からフレアへの移行には2秒、フレアから地上への移行にはさらに2秒の移行があります。[7]
地上モード
航空機はダイレクトモードと同じように動作します。つまり、オートトリム機能はオフになっており、サイドスティックの入力に対してエレベーターが直接反応します。水平安定板は4°上向きに設定されていますが、手動設定（重心など）はこの設定を上書きします。車輪が地面を離れた後、5秒間の遷移が発生し、地上モードから通常の飛行モードに切り替わります。[7]
フライトモード
通常法則の飛行モードは、ピッチ姿勢、荷重係数制限、高速、高AOA、バンク角の5種類の保護を提供します。飛行モードは、離陸から航空機が地上約100フィートに着陸する直前まで動作します。パイロットのコマンドやシステム障害の結果として、早期に失われる場合があります。システム障害の結果として通常法則が失われた場合は、代替法則1または2になります。[8]
従来の操縦装置とは異なり、通常の法則では、垂直方向のサイドスティックの動きは、機体の速度とは無関係にスティックの偏向に比例する荷重係数に対応します。スティックがニュートラルで荷重係数が 1g の場合、パイロットがエレベーターのトリムを変更しなくても、機体は水平飛行を維持します。水平方向のサイドスティックの動きはロール レートを指示し、旋回が確立されると、機体は最大 33° のバンク角まで適切なピッチ角を維持します。迎え角が過剰、荷重係数が 1.3g を超える、またはバンク角が 33° を超えると、システムはそれ以上のトリムアップを防止します。[要出典]
アルファ保護 (α-Prot) は失速を防ぎ、風せん断の影響から機体を守ります。この保護は迎え角が α-Prot と α-Max の間にあるときに作動し、パイロットのサイドスティックで指示された迎え角を制限します。または、自動操縦が作動している場合は、自動操縦を解除します。[引用が必要]
高速保護は、速度超過から自動的に回復します。高高度航空機には、V MO (最大運用速度) と M MO (最大運用マッハ) の 2 つの速度制限があり、約 31,000 フィートで 2 つの速度は同じになります。これより低い場合は V MOによって速度超過が決定され、これより高い場合は M MOによって速度超過が決定されます。[引用が必要]
フレアモード
このモードは、レーダー高度計が地上100フィートを示すと自動的に作動します。50フィートで、航空機は機首をわずかに下げます。着陸フレア中は、通常の法則により、高迎え角保護とバンク角保護が提供されます。荷重係数は、スラットが展開されている場合は2.5gから-1g、または2.0gから0gまで許可されます。ピッチ姿勢は-15°から+30°に制限され、航空機が減速すると上限はさらに+25°まで減少します。[7]
代替法
エアバスのフライバイワイヤ航空機には、代替法則 1、代替法則 2、直接法則、機械法則の 4 つの再構成モードがあります。代替法則の地上モードとフレア モードは、通常法則のモードと同じです。
代替法則1（ALT1）モードは、通常法則の横方向モードと荷重係数を組み合わせ、バンク角保護を維持します。高迎え角保護が失われる可能性があり、低エネルギー（水平飛行失速）保護が失われます。高速および高迎え角保護は代替法則モードになります。[8]
ALT1は、水平安定板、昇降舵、ヨーダンパー作動、スラットまたはフラップセンサー、または単一の空気データ参照障害に障害がある場合に入力されることがあります。[7]
代替法則2（ALT2）では、ピッチ姿勢保護、バンク角保護、低エネルギー保護とともに、通常法則横方向モード（ロールダイレクトモードとヨー代替モードに置き換えられる）が失われます。荷重係数保護は保持されます。代替法則2モードの理由が2つのエアデータ参照の失敗であるか、残りの2つのエアデータ参照が一致しない限り、高迎え角および高速保護は保持されます。 [8]
ALT2モードは、2つのエンジンが停止した場合（デュアルエンジン機の場合）、2つの慣性または航空データ参照に障害が発生した場合、ADRの不一致を除いて自動操縦が失われた場合に開始されます。このモードは、すべてのスポイラーの障害、特定のエルロンの障害、またはペダルトランスデューサーの障害によっても開始される可能性があります。[7]
直接法
ダイレクト法（DIR）は、スティックと操縦面の直接的な関係を導入します。[7]操縦面の動きは、サイドスティックとラダーペダルの動きに直接関連しています。[3]トリム可能な水平安定板は、手動トリムホイールでのみ制御できます。すべての保護が失われ、エレベーターの最大偏向は、現在の航空機の重心の関数として、各構成で制限されます。これは、前方CGでの適切なピッチ制御と、後方CGでのそれほど敏感ではない制御との間の妥協点を作り出すことを目的としています。[9]
DIRは、3つの慣性基準装置または主要な飛行コンピュータの故障、2つのエレベーターの故障、または機長の主要な飛行コンピュータも動作不能な状態で2つのエンジン（2発エンジンの航空機の場合）のフレームアウトが発生した場合に入力されます。[7]
機械制御
機械制御バックアップモードでは、ピッチは機械式トリムシステムによって制御され、横方向はラダーを機械的に操作するラダーペダルによって制御されます。 [3]
ボーイング777の主要飛行制御システム
ボーイング777のフライバイワイヤ電子飛行制御システムは、エアバスEFCSとは異なります。設計原理は、機械的に制御されるシステムと同様に応答するシステムを提供することです。[10]システムは電子的に制御されるため、飛行制御システムは飛行エンベロープ保護を提供できます。
電子システムは、4つのアクチュエータ制御電子機器（ACE）と3つのプライマリフライトコンピュータ（PFC）の2つのレベルに分かれています。ACEはアクチュエータ（パイロットコントロールから操縦面コントロール、PFCまで）を制御します。PFCの役割は、制御法則を計算し、フィードバック力、パイロット情報、警告を提供することです。[10]
標準的な保護と強化
777 の飛行制御システムは、望ましい限界に達すると背圧を増大させることにより、一定範囲を超える制御権限を制限するように設計されています。これは、電子制御バックドライブアクチュエータ (ACE によって制御) によって行われます。保護と増強は、バンク角保護、旋回補正、失速保護、過速度保護、ピッチ制御、安定性増強、および推力非対称補正です。設計哲学は、「与えられたコマンドによって航空機が通常の動作範囲外になるが、そうする能力が排除されないことをパイロットに通知する」です。[10]
通常モード
通常モードでは、PFC はアクチュエータ コマンドを ACE に送信し、ACE はそれをアナログ サーボ コマンドに変換します。強化されたパフォーマンス、エンベロープ保護、乗り心地機能など、完全な機能が提供されます。[引用が必要]
セカンダリモード
ボーイングのセカンダリーモードは、PFCがACEにコマンドを供給するという点で、エアバスの代替法則に匹敵する。しかし、EFCSの機能は低下し、飛行エンベロープ保護が失われる。エアバスのシステムと同様に、この状態はEFCSまたはインターフェースシステム（ADIRUやSAARUなど）で複数の障害が発生した場合に発生する。さらに、すべてのPFCとACEが完全に故障した場合、エルロンと選択されたロールスポイラーは制御ケーブルによってパイロットコントロールに接続され、一時的に機械的な制御が可能になる。[5] [4]
参照
参考文献
- ^ 「飛行制御法」。SKYbrary航空安全。2019年7月3日閲覧。
- ^ 「フライトコントロールパート3」。Bjorn 's corner。2016年3月25日。
- ^ abcd 「Crossing the Skies » Fly-by-wire and Airbus Laws」。crossingtheskies.com 。 2009年3月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ abc 「ボーイング 777」(パワーポイント)。サウラブ・チェダ著。
- ^ ab 「Skybrary: 飛行制御法」。
- ^ 「Avionics Magazine :: Boeing 787: Integration's Next Step」。2015年9月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年7月19日閲覧。
- ^ abcdefghij 「エアバス330 – システム – フライトコントロール」。SmartCockpit – 航空会社のトレーニングガイド、航空、運用、安全性。2009年6月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年7月12日閲覧。
- ^ abc 「エアバスの飛行制御法」。
- ^ エアバス A320 AFM (ページ番号、出版社などが必要)
- ^ abc Gregg F. Bartley – Boeing (2008年5月4日). 「11 Boeing B-777: Fly-By-Wire Flight Controls」(PDF) . 2016年10月8日閲覧。